Le reazioni metaboliche sono estremamente sensibili alla concentrazione degli ioni H + nel liquido in cui avvengono, perché gli ioni H + influenzano

Transcript

1 EQUILIBRIO ACIDOBASE

2 Le reazioni metaboliche sono estremamente sensibili alla concentrazione degli ioni H + nel liquido in cui avvengono, perché gli ioni H + influenzano il funzionamento degli enzimi. La concentrazione degli ioni H + nel LEC deve La concentrazione degli ioni H + nel LEC deve quindi essere strettamente regolata, mantenendo costantemente bilanciati guadagno e perdita di H +.

3 La concentrazione di ioni H + di una soluzione viene espressa come ph della soluzione ph = log [H + ] [H + ] = 10 7 mol/l ph = 7 soluzione neutra Sangue arterioso: ph = 7.4 Sangue venoso: ph = 7.35 ph inferiori = acidosi (limite ph = 6.8) ph superiori = alcalosi (limite ph = 8) Liquido intracellulare ph = Urina: ph = 4.5 8

4 Produzione H + Acidità volatile ( mmol/die) CO 2 +H 2 O H 2 CO 3 H + +HCO 3 non c è guadagno di H + perché a livello polmonare la reazione va in direzione opposta, si riforma CO 2 (volatile) che viene eliminata con l espirazione. Acidità fissa, non volatile ( 210 mmol/die): Acido solforico (metabolismo proteico) Acido fosforico (metabolismo fosfolipidi) Acido cloridrico (conversione Cloruro di ammonio in Urea) Acido lattico Corpi chetonici (Acido acetoacetico, idrossibutirrico, acetone) Consumo H + ( 140 mmol/die) Reazioni metaboliche: Ossidazione anioni (citrato, lattato, acetato) Bilancio H + (dieta mista) = +1 mmol/kg/die ( 70 mmol/die, adulto 70 Kg) Il normale ph (7.4) del LEC corrisponde a [H + ] = 40 nmol/l. Quindi il suo mantenimento richiede che l H + in eccesso sia: Tamponato immediatamente Eliminato a livello renale

5 Sistemi di regolazione del ph Risposta immediata (tempi chimicofisici) Sistemi tampone dei liquidi corporei Si combinano istantaneamente con acidi e basi per impedire variazioni consistenti del ph. L azione tampone non elimina e non aggiunge ioni H + all organismo, ma li mantiene legati fino a quando l equilibrio può essere ripristinato Risposta rapida (minuti) Sistema respiratorio Viene regolata in pochi minuti la ventilazione e quindi l eliminazione di CO 2 Risposta lenta (giorni) Rene Elimina gli acidi o le basi in eccesso

6 Sistemi tampone I tamponi stabilizzano la concentrazione di H + evitando modificazioni del ph

7 Tampone: sostanza in grado di legare reversibilmente ioni H + La formula generale delle reazioni di tamponamento è: Tampone + H + HTampone HTampone è un acido debole che può dissociarsi in Tampone ed H + o può esistere come molecola indissociata. Se H + aumenta (maggiore produzione di acidi) la reazione è spinta a destra con formazione di HTampone. Se H + diminuisce (perdita di H + o aggiunta di basi) la reazione è spostata a sinistra con rilascio di H + dal complesso HTampone.

8 Sistema tampone del Bicarbonato E il principale sistema tampone dell organismo, formato dalla coppia HCO 3 / H 2 CO 3 secondo la reazione: HCO 3 + H + H 2 CO 3 H 2 O + CO 2 La reazione si sposta a destra, con formazione di CO 2, se aumenta H + e verso sinistra se H + diminuisce Il sistema tampone bicarbonato è il sistema tampone extracellulare più potente dell organismo, perché rappresenta un sistema aperto, in quanto la CO 2 è controllata dalla respirazione e l HCO 3 dal rene.

9 Sistema tampone del Fosfato HPO 4 2 /H 2 PO 4 E meno efficace perché: meno concentrato la forma acida, a differenza della CO 2 non può essere eliminata E comunque un tampone molto importante per la regolazione del ph a livello renale Sistema tampone delle Proteine Le proteine sono i sistemi tampone più abbondanti dell organismo. Nei globuli rossi l Emoglobina ha una funzione tampone molto importante

10 Regolazione respiratoria dell equilibrio acidobase La seconda linea di difesa dalle alterazioni dell equilibrio acidobase è costituita dal controllo polmonare della pco 2 HCO 3 + H + H 2 CO 3 H 2 O + CO 2 pco 2 H+ ph pco 2 H + ph Modificando la ventilazione e quindi la pco 2 respiratorio può contribuire a regolare il ph: il sistema ph (acidosi) ventilazione pco 2 ph torna vicino ai valori normali ph (alcalosi) ventilazione pco 2 vicino ai valori normali ph torna

11 Rene ed equilibrio acidobase

12 In condizioni normali, acidobase attraverso: il rene mantiene Il riassorbimento di tutto l HCO 3 filtrato La secrezione di ioni H + l equilibrio In condizioni di alterazione (acidosi) attraverso: Il riassorbimento di tutto l HCO 3 filtrato La secrezione di quantità maggiori di H + La produzione di nuovi HCO 3 In condizioni di alterazione (alcalosi) attraverso: Il riassorbimento di quantità minori di HCO 3 filtrato La secrezione di quantità minori di H +

13 Il rene deve eliminare ~70 mmol di H + al giorno. Gli H + non possono rimanere liberi nell urina perché la loro concentrazione porterebbe a ph 1.3. Poiché il ph dell urina non può essere inferiore a 4 4.5, l H + presente nell urina deve essere tamponato. I tamponi urinari sono tamponi presenti nel filtrato I tamponi urinari sono tamponi presenti nel filtrato (HCO 3, HPO 4 ), e tamponi prodotti direttamente nel rene (NH 3 /NH 4+ ).

14 Gli ioni H + secreti a livello tubulare (4400 mmol/die) vengono in gran parte (4320 mmol/die) utilizzati per il riassorbimento di HCO 3 nel tubulo prossimale. La parte rimanente ( 80 mmol/die) è escreta con le urine in gran parte associata a tamponi urinari (fosfato ed ammoniaca) e solo in piccola parte in forma libera. Per ogni ione H + secreto nel lume, che si combina con un tampone diverso dall HCO 3, un nuovo ione HCO 3 viene immesso nel sangue.

15 Il riassorbimento degli HCO 3 filtrati avviene grazie alla secrezione di ioni H + nel tubulo prossimale Cellule tubulari Filtrazione Sangue Na + ATP HCO 3 K + Anidrasi carbonica + H + H 2 CO 3 H 2 O + CO 2 H + + Na + HCO 3 H 2 CO 3 CO 2 + H 2 O Liquido interstiziale Per ogni ione H + secreto nel lume, uno ione HCO 3 viene riassorbito e passa nel sangue Lume tubulare

16 Nelle acidosi, aumenta il tamponamento degli H + in eccesso da parte di fosfato ed ammoniaca che porta alla formazione di nuovo HCO 3. Nell alcalosi, gli ioni HCO 3 che sono in eccesso rispetto agli ioni H + non possono essere riassorbiti per mancanza di H + e sono quindi escreti con le urine.

17 In condizioni di acidosi il sistema tampone prevalente è quello dell NH 3. NH 3 deriva dal metabolismo della glutamina, grazie all azione di un enzima, la glutaminasi. NH 3 si combina con H + formando lo ione ammonio NH 4+. La formazione di NH 3 dalla glutamina è associata a produzione di HCO 3 che torna nel sangue. Nell acidosi aumenta il metabolismo renale della Nell acidosi aumenta il metabolismo renale della glutamina, con conseguente aumento dell escrezione di NH 4 + che diventa il meccanismo prevalente per l eliminazione di H +.

18 Meccanismi del tubulo prossimale coinvolti nel mantenimento dell equilibrio acidobase

19 Alterazioni equilibrio acidobase

20 Si ha acidosi quando il rapporto HCO 3 /CO 2 diminuisce. Se il rapporto diminuisce per perdita di HCO 3 l acidosi è definita metabolica (nonrespiratoria), se per aumento di CO 2 l acidosi è definita respiratoria Si ha alcalosi quando il rapporto HCO 3 /CO 2 aumenta. Se il rapporto aumenta per aumento di HCO 3 l alcalosi è definita metabolica (nonrespiratoria), se per diminuzioni di CO 2 l alcalosi è definita respiratoria

21 Criteri diagnostici: Misurare su campioni di sangue arterioso le grandezze che permettono la distinzione fra alcalosiacidosi, come fra forme respiratorie e nonrespiratorie: ph, indica la presenza di squilibrio acidobase pco 2 permette di distinguere un alterazione primaria di tipo respiratorio Concentrazione HCO 3 permette di riconoscere un alterazione primaria di tipo respiratorio o metabolico (non respiratorio)

22 I compensi sono: Respiratori (solo nelle alterazioni metaboliche): acidosi iperventilazione alcalosi ipoventilazione Renali (nelle alterazioni respiratorie e metaboliche): Acidosi aggiunta netta HCO 3 al sangue + maggiore escrezione NH 4+ e H + libero nelle urine. Alcalosi aumentata escrezione HCO 3 + assenza escrezione NH 4+ e H + liberi nell urina.

23 Acidosi respiratoria (per aumento pco 2 ) pco 2 ph + HCO 3 CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 Fase acuta: HCO 3 + H + HCO 3 ph Tamponamento da parte di proteine (Emoglobina) secrezione H + Compenso renale: Tutto l HCO 3 è riassorbito escrezione NH 4+ formazione nuovo HCO 3

24 Cause di acidosi respiratoria Inibizione centro respiratorio Disordini neuromuscolari Ostruzione vie aeree Diminuzioni della compliance toracopolmonare Disordini degli scambi gassosi Oppiacei, barbiturici, anestetici Lesioni del sistema nervoso centrale Riduzione della funzionalità della muscolatura respiratoria con conseguente diminuzione della ventilazione Broncopneumopatie ostruttive Cifoscoliosi Fibrosi polmonare Pneumotorace Polmonite Edema polmonare

25 Acidosi metabolica (per aumento H + o perdita HCO 3 ) ph HCO 3 + pco 2 H + + HCO 3 H 2 CO 3 H 2 O + CO 2 ph HCO 3 pco 2 Compenso respiratorio: Iperventilazione pco 2 secrezione H + Compenso renale: Tutto HCO 3 riassorbito escrezione NH 4+ (formazione nuovo HCO 3 )

26 Cause di acidosi metabolica Eccessiva produzione od ingestione di H + Chetoacidosi: Diabete mellito Alcolismo Denutrizione Acidosi lattica: Ipossiemia Anemia Avvelenamento da CO Esercizio intenso Ingestione farmaci o sostanze tossiche: Metanolo (acido formico) Etanolo Salicilati Glicole etilenico Cloruro di ammonio

27 Incapacità di eliminare H + Insufficienza renale cronica Diarrea Insufficiente riassorbimento renale di HCO 3 Perdita di HCO 3 renale di HCO 3

28 Alcalosi respiratoria (per diminuzione pco 2 ) CO2 + H 2 O pco 2 ph pco 2 + HCO 3 H 2 CO 3 HCO 3 HCO 3 Compenso renale: secrezione H + riassorbimento e escrezione HCO 3 escrezione NH H + ph

29 Cause di alcalosi respiratoria Stimolazione centro respiratorio Setticemia da Gram negativi Intossicazione da salicilato Disordini neurologici (tumori, ictus) Carenza di ossigeno che stimola l iperventilazione Ventilazione meccanica Altitudini elevate Anemia grave Iperventilazione

30 Alcalosi metabolica (per aumento HCO 3 o perdita H + ) ph HCO 3 + pco 2 CO2 + H 2 O pco 2 H 2 CO 3 HCO 3 + H + HCO 3 ph Compenso respiratorio: Ipoventilazione pco 2 Compenso renale: secrezione H + riassorbimento e escrezione HCO 3 escrezione NH + 4

31 Cause di alcalosi metabolica Perdita di H + Vomito (Perdita di H + gastrici) Patologie che portano ad aumentata secrezione di H + dalle cellule renali Ingestione o somministrazione eccessiva di HCO 3 Ingestione di antiacidi HCO 3 endovenoso

32 Analisi dei disturbi acidobase semplici Parametri misurati nel sangue arterioso Acidosi < 7.4 > 7.4 ph Alcalosi HCO 3 < 24 meq/l pco 2 > 40 mmhg HCO 3 > 24 meq/l pco 2 < 40 mmhg Metabolica Respiratoria Metabolica Respiratoria Compenso respiratorio Compenso renale Compenso respiratorio Compenso renale pco 2 < 40 mmhg HCO 3 > 24 meq/l pco 2 > 40 mmhg HCO 3 < 24 meq/l